(57)【要約】  被測定物（１０５）に入射する光と参照ミラー（１０７）への光の光軸上において、それぞれに色消し条件とビーム径条件と色差減条件とをコリメータレンズの焦点距離及び／又はアッベ数を用いて最適化した組レンズ（２０２、２０３、２０４）を配し、この組レンズ（２０２、２０３、２０４）を用いて波面を補正することにより、波面収差の影響を軽減し、光干渉による形状測定において解像度を上げる。
2011152037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を参照光と信号光とに分割し、
被測定物に前記信号光を入射する光軸上に配置された第１波面補正光学系によって前記信号光の波面を補正した後、前記被測定物に前記信号光を入射し、
参照ミラーに前記参照光を入射する光軸上に配置された第２波面補正光学系によって前記参照光の波面を補正した後、前記参照ミラーに前記参照光を入射し、
前記参照光が前記参照ミラーに入射して反射した光と、前記信号光が前記被測定物に入射して反射した光との干渉光を検出して前記被測定物の形状を測定する、
形状測定方法。
【請求項２】
前記第１波面補正光学系又は前記第２波面補正光学系は、１枚のコリメータレンズと、複数枚の組レンズと、結像レンズとで構成されており、
前記被測定物に前記信号光を入射するとき、前記被測定物に前記信号光を入射する光軸上に配置された前記第１波面補正光学系の前記複数枚の組レンズにより波面を補正すると共に、
前記参照ミラーに前記参照光を入射するとき、前記参照ミラーに前記参照光を入射する光軸上に配置された前記第２波面補正光学系の前記複数枚の組レンズにより波面を補正する、
請求項１に記載の形状測定方法。
【請求項３】
光源と、
前記光源からの光を参照光と信号光とに分割するビームスプリッターと、
前記参照光が参照ミラーに入射して反射した光と前記信号光が被測定物に入射して反射した光との干渉光を検出して前記被測定物の形状を測定する処理装置と、
前記被測定物に前記信号光を入射する光軸上に配置され、その光軸上の波面を補正する第１波面補正光学系と、
前記参照ミラーに前記参照光を入射する光軸上に配置され、その光軸上の波面を補正する第２波面補正光学系と、を備える、
形状測定装置。
【請求項４】
前記第１波面補正光学系又は前記第２波面補正光学系は、１枚のコリメータレンズと、複数枚の組レンズと、結像レンズとで構成されている、
請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記複数枚の組レンズは、凹レンズと、凸レンズと、凹レンズとを順に並べた組合せである、
請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記複数枚の組レンズは、凸レンズと、凹レンズ、凸レンズと、を順に並べた組合せである、
請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記複数枚の組レンズは、凹レンズと、凸レンズとの組合せである、
請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記１枚のコリメータレンズのアッベ数をＶｄｃとし、前記３枚の組レンズのアッベ数をＶｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３とし、前記１枚のコリメータレンズの焦点距離をｆｃとし、前記３枚の組レンズの焦点距離をｆ１、ｆ２、ｆ３とするとき、
色消し条件である（式１）の値Ｘ１が、−０．０５以上かつ＋０．０５以下である、
（数１）
Ｘ１＝１／ｆｃ＊Ｖｄｃ＋１／ｆ１＊Ｖｄ１＋１／ｆ２＊Ｖｄ２＋１／ｆ３＊Ｖｄ３
・・・（式１）
請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記１枚のコリメータレンズの焦点距離をｆｃとし、前記３枚の組レンズの焦点距離をｆ１、ｆ２、ｆ３とするとき、
ビーム径条件である（式２）の値Ｘ２が、−０．０５以上かつ＋０．０５以下である、
（数２）
Ｘ２＝１／ｆ１＋１／ｆ２＋１／ｆ３  ・・・（式２）
請求項４又は８に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記１枚のコリメータレンズの焦点距離をｆｃとし、前記３枚の組レンズの焦点距離をｆ１、ｆ２、ｆ３とするとき、
色差減条件である（式３）の値Ｘ３が、０以上かつ５以下である、
（数３）
Ｘ３＝｜ｆｃ／ｆ２｜  ・・・（式３）
請求項４又は８に記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、解像度の高い光干渉による形状測定方法及び形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光干渉による形状測定装置として、図６に示すものがある（例えば、特許文献１参照。）。光源６０１からレンズ６０２を介して照射された光は、分割手段６０３により、参照光６０６と信号光６０４とに分割される。参照光６０６は、可動参照ミラー６０７により反射される。信号光６０４は、被測定物６０５に入射する。可動参照ミラー６０７は、図６で示したように、１次元方向（図６の上下方向）に機械的に動く。可動参照ミラー６０７が動くことにより、信号光６０４の光軸方向における被測定物６０５内の測定位置を規定できる。【０００３】
信号光６０４は、光走査光学系６００を経て、被測定物６０５に入射し、被測定物６０５で反射される。光走査光学系６００の具体例としては、対物レンズがある。光走査光学系６００は、被測定物６０５に入射する信号光６０４を所定方向に走査する。可動参照ミラー６０７と被測定物６０５とからのそれぞれの反射光は、互いに干渉し合い干渉光を形成する。その干渉光をレンズ６０８を介して検出手段６０９によって検出することで、被測定物６０５に関する情報を測定する。【０００４】
可動参照ミラー６０７による被測定物６０５への入射光の軸方向の走査により、分光器６２１とＡ／Ｄ変換器６２２とを介して、干渉光の強度データが、逐次取得される。そして、この干渉光の強度データを基にして、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）で構成されるデータ演算処理装置６２３で、３次元画像を構築する。【０００５】
被測定物６０５に入射する信号光６０４を、被測定物６０５の面内の一方向に走査することで、１次元データを連続的に取得できる。【０００６】
このようにして、連続的に取得できる画像を用いて、２次元の画像をデータ演算処理装置６２３で取得できる。また、信号光６０４を２方向に走査することで、３次元画像をデータ演算処理装置６２３で得ることができる。【０００７】
図６において、被測定物６０５の位置を１次元的に機械的に動かす代わりに、一定の波長の幅を用いる光源を用いることができる。【０００８】
図７は、従来の形状測定装置による波面収差を示す図である。光源の波長λ＝１２００，１３００，１４００ｎｍにおいて、測定深さ±３ｍｍの結像特性を示す。従来の形状測定装置では、測定深さ中心における実際の収差特性が直径５０μｍであったとしても、測定深さ中心から＋３ｍｍ又は−３ｍｍの深さの変化においては、波面収差の悪化により、直径１００μｍ近くまで特性が悪化していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−３４１８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図６に示すような従来の形状測定装置を使用して光干渉による形状測定を行った場合、解像度を上げると、波面がずれるといった問題があった。【００１１】
本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、光干渉による形状測定において、波面がずれることなく、解像度を上げることができる形状測定方法及び形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。【００１３】
本発明の形状測定方法は、光源からの光を参照光と信号光とに分割し、被測定物に前記信号光を入射する光軸上に配置された第１波面補正光学系によって前記信号光の波面を補正した後、前記被測定物に前記信号光を入射し、参照ミラーに前記参照光を入射する光軸上に配置された第２波面補正光学系によって前記参照光の波面を補正した後、前記参照ミラーに前記参照光を入射し、前記参照光が前記参照ミラーに入射して反射した光と、前記信号光が前記被測定物に入射して反射した光との干渉光を検出して前記被測定物の形状を測定することを特徴とする。【００１４】
本発明の形状測定装置は、光源と、前記光源からの光を参照光と信号光とに分割するビームスプリッターと、前記参照光が参照ミラーに入射して反射した光と前記信号光が被測定物に入射して反射した光との干渉光を検出して前記被測定物の形状を測定する処理装置と、前記被測定物に前記信号光を入射する光軸上に配置され、その光軸上の波面を補正する第１波面補正光学系と、前記参照ミラーに前記参照光を入射する光軸上に配置され、その光軸上の波面を補正する第２波面補正光学系と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、光干渉による形状測定において、被測定物用波面補正光学系と参照ミラー用波面補正光学系とにより、波面の収差の影響を軽減し、波面がずれることなく、解像度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１】図１は、本発明の第１実施形態にかかる形状測定装置の構成を示す図であり、
【図２】図２は、本発明の第１実施形態にかかる形状測定装置の構成の一部の拡大図であり、
【図３】図３は、本発明の第２実施形態にかかる形状測定装置の構成の一部の拡大図であり、
【図４】図４は、本発明の第３実施形態にかかる形状測定装置の構成の一部の拡大図であり、
【図５】図５は、本発明の第１実施形態にかかる形状測定装置における波面収差を示す図であり、
【図６】図６は、従来の形状測定装置の構成を示す図であり、
【図７】図７は、従来の形状測定装置における波面収差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる形状測定方法を実施可能な形状測定装置の構成を示す図である。
【００１９】
この形状測定装置は、光源１０１と、レンズ１０２と、ビームスプリッター１０３と、参照光収差補正レンズ１１１とレンズ（光学系）９０と、可動参照ミラー１０７と、入射光収差補正レンズ１１０と、対物レンズ９１と、集光レンズ１０８と、検出手段１０９と、分光器１２１と、Ａ／Ｄ変換器１２２と、データ演算処理装置１２３で構成される。ビームスプリッター１０３は、分割手段又は分割部材の一例である。データ演算処理装置１２３は、例えば、処理装置の一例として機能するＰＣ（パーソナルコンピュータ）で構成される。光源１０１としては、たとえば、波長λ＝１２００，１３００，１４００ｎｍの幅を有するレーザ光源を用いる。
【００２０】
光源１０１から出射した光は、レンズ１０２を介してビームスプリッター１０３に照射される。ビームスプリッター１０３に照射された光は、ビームスプリッター１０３により、参照光１０６と信号光１０４とに分割される。参照光１０６は、参照光収差補正レンズ１１１を通った後、レンズ９０により集光されて可動参照ミラー１０７に到達する。可動参照ミラー１０７に到達した参照光１０６は、可動参照ミラー１０７によりビームスプリッター１０３に向けて反射される。よって、可動参照ミラー１０７での反射光は、レンズ９０と参照光収差補正レンズ１１１とを介して、ビームスプリッター１０３に戻る。
【００２１】
可動参照ミラー１０７は、可動参照ミラー駆動装置１０７Ｄにより、１次元方向に機械的に動かされる。可動参照ミラー１０７を動かすことにより、被測定物１０５に入射する信号光１０４の光軸方向における被測定物１０５内の測定位置を規定する。被測定物１０５の一例としては、レンズなどの光学部材や、内視鏡などによって観察される人体内部や口腔内などが挙げられる。参照光１０６は、ビームスプリッター１０３と可動参照ミラー１０７とで反射した後、ビームスプリッター１０３を介して検出手段１０９で検出される。可動参照ミラー駆動装置１０７Ｄは、例えば、正逆回転駆動されるモータと、モータの回転軸に固定されたネジ軸と、ネジ軸に螺合しかつ可動参照ミラー１０７に連結されたナット部と、可動参照ミラー１０７を光軸方向に直線的に進退移動するように案内するガイド部材とで大略構成することができる。
【００２２】
信号光１０４は、入射光収差補正レンズ１１０を通った後、対物レンズ９１により集光されて被測定物１０５に入射し、被測定物１０５で反射される。被測定物１０５で反射した信号光１０４は、入射光収差補正レンズ１１０と対物レンズ９１とを通過してビームスプリッター１０３で反射し、検出手段１０９で検出される。対物レンズ９１は、被測定物１０５に入射する信号光１０４を所定方向に走査するものである。
【００２３】
可動参照ミラー１０７と被測定物１０５からのそれぞれの反射光はビームスプリッター１０３で互いに干渉し合い、その干渉光を集光レンズ１０８を介して検出手段１０９に集光する。集光された干渉光を検出手段１０９によって検出し、被測定物１０５に関する情報を測定する。検出手段１０９としては、波長λ＝１２００，１３００，１４００ｎｍに感度を有するインジウムガリウムヒ素を用いたホトディテクタを用いた。
【００２４】
可動参照ミラー１０７による被測定物１０５への入射光の軸方向の走査により、分光器１２１で分光されて干渉光を取得する。そして、取得された干渉光の情報をＡ／Ｄ変換器１２２でＡ／Ｄ変換処理して、干渉光の強度データを逐次取得する。逐次取得された干渉光の強度データに基づいて、データ演算処理装置１２３で３次元画像を構築する。
【００２５】
被測定物１０５に入射する信号光１０４を被測定物１０５の面内の一方向に走査することで、１次元データを連続的に取得できる。一方向に走査するために、例えば、被測定物１０５を支持する支持部材（図示せず）を支持部材駆動装置１０５Ｄで被測定物１０５の光軸方向に移動させる。支持部材駆動装置１０５Ｄは、可動参照ミラー駆動装置１０７Ｄと同様な構造とする。
【００２６】
このようにして、連続的に取得できる画像を用いてデータ演算処理装置１２３で演算処理することにより、２次元の画像を取得できる。また、信号光１０４を２方向に走査して取得できる画像を用いてデータ演算処理装置１２３で演算処理することで、３次元画像を得ることができる。
【００２７】
図１において、支持部材駆動装置１０５Ｄを用いて被測定物１０５の位置を１次元に機械的に動かす代わりに、一定の波長の幅を用いる光源を用いることもできる。
【００２８】
図２は、図１の入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とのそれぞれの詳細である。入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とは同一構造であるため、図２および後述する図３、図４では、これらをまとめて説明している。入射光収差補正レンズ１１０は、第１波面補正光学系である被測定物用波面補正光学系の一例として機能する。参照光収差補正レンズ１１１は、第２波面補正光学系である参照ミラー用波面補正光学系の一例として機能する。波面を補正するレンズ（収差補正レンズ）は、図２に示すように、１枚のコリメータレンズ２０１と、複数枚の組レンズの一例としての３枚の組レンズ２０２、２０３、２０４と、結像レンズ２０５とで構成されている。波面を補正するレンズ（収差補正レンズ）は、それぞれ、入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とを構成する。３枚の組レンズ２０２、２０３、２０４は、凹レンズ２０２と、光源１０１からの光の入射側から出射側に向けて、凸レンズ２０３と、凹レンズ２０４とを、順に並べた組合せである。
【００２９】
図１を用いて、第１実施形態のより具体的な例としての実施例１を以下に説明する。
【００３０】
コリメータレンズ２０１のアッベ数は、Ｖｄｃ＝５０．３である。３枚の組レンズ２０２、２０３、２０４のアッベ数は、順に、Ｖｄ１＝３５．３、Ｖｄ２＝４５．７、Ｖｄ３＝３５．３である。
【００３１】
コリメータレンズ２０１の屈折率は、ｎｃ＝１．６０５である。３枚の組レンズ２０２、２０３、２０４の屈折率は、順に、ｎ１＝１．７５０、ｎ２＝１．７４４、ｎ３＝１．７５０である。
【００３２】
コリメータレンズ２０１の焦点距離は、ｆｃ＝１５．５２である。３枚の組レンズ２０２、２０３、２０４の焦点距離は、順に、ｆ１＝−８．０８、ｆ２＝４．３５、ｆ３＝−８．０８である。
【００３３】
この実施例１の構成での色消し条件Ｘ１は、次式の（式１）で表すことができる。ここでの色消し条件Ｘ１は、複数の凸レンズと凹レンズにより複数波長の焦点距離の収差を小さくするための条件である。
【００３４】
（数１）
Ｘ１＝１／ｆｃ＊Ｖｄｃ＋１／ｆ１＊Ｖｄ１＋１／ｆ２＊Ｖｄ２＋１／ｆ３＊Ｖｄ３
・・・（式１）
色消し条件Ｘ１の値は、ゼロに近いほど、波面収差は小さくなる。すなわち、
（Ｘ１＝０）  ・・・（式１Ａ）
であるほど、波面収差は小さくなる。実施例１での、色消し条件Ｘ１の値は、−０．０００６になる。色消し条件Ｘ１の値は、複数波長の焦点距離の収差を小さくするため、ゼロに近い値が望ましい。具体的には、色消し条件Ｘ１の値は、−０．０５以上かつ＋０．０５以下であることが望ましい。
【００３５】
この実施例１の構成でのビーム径条件Ｘ２は、次式の（式２）で表すことができる。ここでのビーム径条件Ｘ２とは、複数の凸レンズと凹レンズにより波面収差を小さくするための条件である。
【００３６】
（数２）
Ｘ２＝１／ｆ１＋１／ｆ２＋１／ｆ３  ・・・（式２）
ビーム径条件Ｘ２の値は、ゼロに近いほど、波面収差は小さくなる。すなわち、
（Ｘ２＝０）  ・・・（式２Ａ）
であるほど、波面収差は小さくなる。実施例１での、ビーム径条件Ｘ２の値は、−０．０１８になる。ビーム径条件Ｘ２の値は、波面収差を小さくするため、ゼロに近い値が望ましい。具体的には、ビーム径条件Ｘ２の値は、−０．０５以上かつ＋０．０５以下であることが望ましい。
【００３７】
この実施例１の構成での色差減条件Ｘ３は、次式の（式３）で表すことができる。ここでの色差減条件Ｘ３とは、複数の凸レンズと凹レンズにより複数波長の高次の色収差を小さくするための条件である。
【００３８】
（数３）
Ｘ３＝｜ｆｃ／ｆ２｜  ・・・（式３）
色差減条件Ｘ３は、波面を補正するレンズ（入射光収差補正レンズ１１０又は参照光収差補正レンズ１１１）の曲率が大きくならないように、０以上かつ５以下であることが望ましい。実施例１での色差減条件Ｘ３は、３．５６である。ここで、色差減条件Ｘ３が５以下が望ましいのは、色差減条件Ｘ３が５を超えると、波面収差が大きくなり、解像度を上げることができなくなるためである。
【００３９】
（Ｘ３≦５）  ・・・（式３Ａ）
図５は、本発明の第１実施形態にかかる形状測定装置での波面収差を示す図である。図５は、光源１０１の波長λ＝１２００，１３００，１４００ｎｍの範囲において、測定深さ±３ｍｍの結像特性を示す。本発明の第１実施形態にかかる形状測定装置では、測定深さ中心においては直径５μｍの収差特性であり、かつ、測定深さ中心から＋３ｍｍ又は−３ｍｍの深さの変化における波面収差も直径５０μｍである。よって、図５に示す本発明の第１実施形態での形状測定での波面収差は、図７に示す従来の形状測定での波面収差に比べて、２倍も良好な特性を得ることができる。すなわち、図７に示す従来の形状測定では、測定深さ中心から＋３ｍｍ又は−３ｍｍの深さにおいては直径１００μｍ近くまで収差特性が悪化していたが、本発明の第１実施形態では直径５０μｍまでの波面収差に留まり、２倍も良好な特性を得ることができる。なお、後述する第２実施形態，第３実施形態でも、図５のような結果となる。
【００４０】
本第１実施形態では、入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とを使用することで、波面収差の影響の無い形状測定を実現することができる。ここで、入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とは、１枚のコリメータレンズ２０１と、３枚の組レンズ２０２、２０３、２０４と、結像レンズ２０５とでそれぞれ構成されている。
【００４１】
言い換えれば、入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とのそれぞれにおいて、色消し条件とビーム径条件と色差減条件とを最適化した３枚の組レンズ２０２、２０３、２０４を備えて、この３枚の組レンズ２０２、２０３、２０４により構成された収差補正光学系（入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１と）により、波面収差の影響を軽減し、波面を補正することができて、波面がずれることなく解像度を上げることができる。
【００４２】
より具体的には、色消し条件とビーム径条件と色差減条件とを最適化するために、入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とが、（式１Ａ）と、（式２Ａ）と、（式３Ａ）とのいずれかを満たす光学系であれば、波面収差の影響を軽減することができる。さらに、これら（式１Ａ），（式２Ａ），（式３Ａ）を複数満たすことで、波面収差の影響をより確実に軽減した形状測定を実現することができる。
【００４３】
なお、形状測定装置を自動的に動作させる場合には、図１に示す制御装置１００を備えれば良い。この制御装置１００は、光源１０１とデータ演算処理装置１２３と可動参照ミラー駆動装置１０７Ｄと支持部材駆動装置１０５Ｄと検出手段１０９とを動作制御する。
【００４４】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態にかかる形状測定装置における入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１との構成を示す図である。本発明の第２実施形態にかかる形状測定装置は、図１において、それぞれ、前述の第１実施形態の図２に示す凸レンズ（１枚のコリメータレンズ２０１）と凹レンズ２０２と凸レンズ２０３と凹レンズ２０４とを組合せた組レンズの構成に代えて、図３に示す凸レンズと凸レンズと凹レンズと凸レンズとを組合せた組レンズの構成にした形状測定装置である。
【００４５】
図３は、凸レンズであるコリメートレンズ３０１と、複数枚の組レンズの一例としての３枚のレンズ３０２、３０３、３０４とで構成されている。３枚の組レンズ３０２、３０３、３０４は、光源１０１からの光の入射側から出射側に向けて、凸レンズ３０２と、凹レンズ３０３と、凸レンズ３０４とを、順に並べた組合せである。
【００４６】
図３において、第２実施形態のより具体的な例としての実施例２を以下に説明する。
【００４７】
コリメータレンズ３０１のアッベ数は、Ｖｄｃ＝５０．３である。３枚の組レンズ３０２、３０３、３０４のアッベ数は、順に、Ｖｄ１＝３５．３、Ｖｄ２＝４５．７、Ｖｄ３＝３５．３である。
【００４８】
コリメータレンズ３０１の屈折率は、ｎｃ＝１．６０５である。３枚の組レンズ３０２、３０３、３０４の屈折率は、順に、ｎ１＝１．７５０、ｎ２＝１．７４４、ｎ３＝１．７５０である。
【００４９】
コリメータレンズ３０１の焦点距離は、ｆｃ＝１５．５２である。３枚の組レンズ３０２、３０３、３０４の焦点距離は、順に、ｆ１＝８．０８、ｆ２＝−３．９７、ｆ３＝８．０８である。
【００５０】
この実施例２の構成での色消し条件Ｘ１は、前述の（式１）で表すことができる。色消し条件Ｘ１の値は、ゼロに近いほど、波面収差は小さくなる。実施例２での、色消し条件Ｘ１の値は、−０．００３１になる。
【００５１】
この実施例２の構成でのビーム径条件Ｘ２は、前述の（式２）で表すことができる。ビーム径条件Ｘ２の値は、ゼロに近いほど、波面収差は小さくなる。実施例２での、ビーム径条件Ｘ２の値は、−０．００４５になる。
【００５２】
この実施例２の構成での色差減条件Ｘ３は、前述の（式３）で表すことができる。色差減条件Ｘ３は、波面を補正するレンズ（入射光収差補正レンズ１１０又は参照光収差補正レンズ１１１）の曲率が大きくならないように、５以下であることが望ましい。実施例２での色差減条件Ｘ３は、３．９１である。
【００５３】
本第２実施形態によれば、前述した１枚のコリメータレンズ３０１と、３枚の組レンズ３０２、３０３、３０４と、結像レンズ３０５とでそれぞれ構成されている入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とを使用している。本第２実施形態の構成を使用することで、波面収差の影響を軽減した形状測定を実現することができる。言い換えれば、本第二実施形態では、入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とのそれぞれにおいて、色消し条件とビーム径条件と色差減条件とを最適化した３枚の組レンズ３０２、３０３、３０４を使用している。この３枚の組レンズ３０２、３０３、３０４により構成された収差補正光学系（入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１と）により、波面収差の影響を軽減し、波面を補正することができて、波面がずれることなく解像度を上げることができる。
【００５４】
より具体的には、色消し条件とビーム径条件と色差減条件とを最適化するために、入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とが、（式１Ａ）と、（式２Ａ）と、（式３Ａ）とのいずれかを満たす光学系であれば、波面収差の影響を軽減することができる。さらに、これら（式１Ａ），（式２Ａ），（式３Ａ）を複数満たすことで、波面収差の影響をより確実に軽減することができる。
【００５５】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態にかかる形状測定装置における入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とを示す図である。本発明の第３実施形態にかかる形状測定装置は、前述の第２実施形態の図３に示す凸レンズ３０１と凸レンズ３０２と凹レンズ３０３と凸レンズ３０４とを組合せた組レンズの構成に代えて、図４に示す凸レンズと凹レンズと凸レンズとを組合せた組レンズの構成にした形状測定装置である。
【００５６】
図４は、凸レンズであるコリメートレンズ４０１と、複数枚の組レンズの一例としての２枚のレンズ４０２、４０３とで構成されている。２枚の組レンズは、光源１０１からの光の入射側から出射側に向けて、凹レンズ４０２と凸レンズ４０３とを、順に並べた組合せである。
【００５７】
図４において、第３実施形態のより具体的な例としての実施例３を以下に説明する。
【００５８】
コリメータレンズ４０１のアッベ数は、Ｖｄｃ＝５０．３である。２枚の組レンズ４０２、４０３のアッベ数は、順に、Ｖｄ１＝１８．９、Ｖｄ２＝３２．３である。
【００５９】
コリメータレンズ４０１の屈折率は、ｎｃ＝１．６０５である。２枚の組レンズ４０２、４０３の屈折率は、順に、ｎ１＝１．９２３、ｎ２＝１．８５０である。コリメータレンズ４０１の焦点距離は、ｆｃ＝１５．５２である。２枚の組レンズ４０２、４０３の焦点距離は、順に、ｆ１＝−８．７７、ｆ２＝９．５６である。
【００６０】
この実施例３の構成での色消し条件Ｘ１は、前述の（式１）で表すことができる。色消し条件Ｘ１の値は、ゼロに近いほど、波面収差は小さくなる。実施例３での、色消し条件Ｘ１の値は、−０．００１５になる。
【００６１】
この実施例３の構成でのビーム径条件Ｘ２は、前述の（式２）で表すことができる。ビーム径条件Ｘ２の値は、ゼロに近いほど、波面収差は小さくなる。実施例３での、ビーム径条件Ｘ２の値は、−０．００９４になる。
【００６２】
この実施例３の構成での色差減条件Ｘ３は、前述の（式３）で表すことができる。色差減条件Ｘ３は、波面を補正するレンズ（入射光収差補正レンズ１１０又は参照光収差補正レンズ１１１）の曲率が大きくならないように、５以下であることが望ましい。実施例３での色差減条件Ｘ３は、１．７７である。
【００６３】
本第３実施形態では、前述した１枚のコリメータレンズ４０１と、２枚の組レンズ４０２、４０３と、結像レンズ４０５とでそれぞれ構成されている入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とを使用している。本第３実施形態の構成を使用することで、波面収差の影響を軽減した形状測定を実現することができる。言い換えれば、本第３実施形態では、入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とのそれぞれにおいて、色消し条件とビーム径条件と色差減条件とを最適化した２枚の組レンズ４０２、４０３を使用している。この２枚の組レンズ４０２、４０３により構成された収差補正光学系（入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１と）により、波面収差の影響を軽減し、波面を補正することができて、波面がずれることなく解像度を上げることができる。
【００６４】
より具体的には、色消し条件とビーム径条件と色差減条件とを最適化するために、入射光収差補正レンズ１１０と参照光収差補正レンズ１１１とが、（式１Ａ）と、（式２Ａ）と、（式３Ａ）とのいずれかを満たす光学系であれば、波面収差の影響を軽減することができる。さらに、これら（式１Ａ），（式２Ａ），（式３Ａ）を複数満たすことで、波面収差の影響をより確実に軽減することができる。
【００６５】
また、本第３実施形態では、前述の第１実施形態の形状測定装置、及び、第２実施形態の形状測定装置より少ないレンズ枚数で組レンズ４０２、４０３を構成している。よって、本第３実施形態の形状測定装置は、実施時の材料費用がより安価になり、かつ、その構成をより簡素なものとすることができる。
【００６６】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【００６７】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明にかかる形状測定方法及び装置は、波面がずれることなく、解像度を上げることができ、かつ、解像度の高い光干渉による形状測定方法及び形状測定装置であり、産業上の工程品質管理、又は、各種の計測、又は、検査装置に利用することができる。また、本発明は、内視鏡などの生体の観察にも利用することができる。
【図１】
2011152037.tif 000003
【図２】
2011152037.tif 000004
【図３】
2011152037.tif 000005
【図４】
2011152037.tif 000006
【図５】
2011152037.tif 000007
【図６】
2011152037.tif 000008
【図７】
2011152037.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月29日(2011.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を参照光と信号光とに分割するビームスプリッターと、
前記参照光が参照ミラーに入射して反射した光と前記信号光が被測定物に入射して反射した光との干渉光を検出して前記被測定物の形状を測定する処理装置と、
前記被測定物に前記信号光を入射する光軸上に配置され、その光軸上の波面を補正する第１波面補正光学系と、
前記参照ミラーに前記参照光を入射する光軸上に配置され、その光軸上の波面を補正する第２波面補正光学系と、を備え、
前記第１波面補正光学系又は前記第２波面補正光学系は、１枚のコリメータレンズと、３枚の組レンズと、結像レンズとで構成され、
前記１枚のコリメータレンズのアッベ数をＶｄｃとし、前記３枚の組レンズのアッベ数をＶｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３とし、前記１枚のコリメータレンズの焦点距離をｆｃとし、前記３枚の組レンズの焦点距離をｆ１、ｆ２、ｆ３とするとき、
色消し条件である（式１）の値Ｘ１が、−０．０５以上かつ＋０．０５以下である、
【数１】
2011152037.tif 000010
形状測定装置。
【請求項２】
前記１枚のコリメータレンズの焦点距離をｆｃとし、前記３枚の組レンズの焦点距離をｆ１、ｆ２、ｆ３とするとき、
ビーム径条件である（式２）の値Ｘ２が、−０．０５以上かつ＋０．０５以下である、
【数２】
2011152037.tif 000011
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
光源と、
前記光源からの光を参照光と信号光とに分割するビームスプリッターと、
前記参照光が参照ミラーに入射して反射した光と前記信号光が被測定物に入射して反射した光との干渉光を検出して前記被測定物の形状を測定する処理装置と、
前記被測定物に前記信号光を入射する光軸上に配置され、その光軸上の波面を補正する第１波面補正光学系と、
前記参照ミラーに前記参照光を入射する光軸上に配置され、その光軸上の波面を補正する第２波面補正光学系と、を備え、
前記第１波面補正光学系又は前記第２波面補正光学系は、１枚のコリメータレンズと、３枚の組レンズと、結像レンズとで構成され、
前記１枚のコリメータレンズの焦点距離をｆｃとし、前記３枚の組レンズの焦点距離をｆ１、ｆ２、ｆ３とするとき、
ビーム径条件である（式２）の値Ｘ２が、−０．０５以上かつ＋０．０５以下である、
【数３】
2011152037.tif 000012
形状測定装置。
【請求項４】
前記１枚のコリメータレンズの焦点距離をｆｃとし、前記３枚の組レンズの焦点距離をｆ１、ｆ２、ｆ３とするとき、
色差減条件である（式３）の値Ｘ３が、０以上かつ５以下である、
【数４】
2011152037.tif 000013
請求項１〜３のいずれか１つに記載の形状測定装置。
【請求項５】
光源と、
前記光源からの光を参照光と信号光とに分割するビームスプリッターと、
前記参照光が参照ミラーに入射して反射した光と前記信号光が被測定物に入射して反射した光との干渉光を検出して前記被測定物の形状を測定する処理装置と、
前記被測定物に前記信号光を入射する光軸上に配置され、その光軸上の波面を補正する第１波面補正光学系と、
前記参照ミラーに前記参照光を入射する光軸上に配置され、その光軸上の波面を補正する第２波面補正光学系と、を備え、
前記第１波面補正光学系又は前記第２波面補正光学系は、１枚のコリメータレンズと、３枚の組レンズと、結像レンズとで構成され、
前記１枚のコリメータレンズの焦点距離をｆｃとし、前記３枚の組レンズの焦点距離をｆ１、ｆ２、ｆ３とするとき、
色差減条件である（式３）の値Ｘ３が、０以上かつ５以下である、
【数５】
2011152037.tif 000014
形状測定装置。
【請求項６】
前記３枚の組レンズは、凹レンズと、凸レンズと、凹レンズとを順に並べた組合せである、請求項１〜５のいずれか１つに記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記３枚の組レンズは、凸レンズと、凹レンズ、凸レンズと、を順に並べた組合せである、請求項１〜５のいずれか１つに記載の形状測定装置。
【国際調査報告】
2011152037.tif 000015
2011152037.tif 000016
2011152037.tif 000017
2011152037.tif 000018